翟紅

摘 要：智慧校園通過(guò)無(wú)所不在的物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)實(shí)校園與數(shù)字校園連在一起，但一些數(shù)據(jù)由于其特殊性對(duì)安全性要求較高，不能隨意使用移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，尤其是軍校這樣的特殊單位。在平常的普通辦公中又經(jīng)常需要大量刻錄數(shù)據(jù)，但目前的光存儲(chǔ)通用設(shè)備手動(dòng)操作，只適用于單用戶環(huán)境下使用，不宜在多用戶環(huán)境下自動(dòng)完成光盤(pán)的刻錄和復(fù)制功能。很多自動(dòng)存儲(chǔ)裝置價(jià)格昂貴，且該類(lèi)產(chǎn)品大多功能單一，自動(dòng)化程度低。由此文中提出并設(shè)計(jì)了一種面向大數(shù)據(jù)的自適應(yīng)多光驅(qū)刻錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)Σ杉拇罅啃畔⑦M(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)存儲(chǔ)，將用戶應(yīng)用系統(tǒng)與該自適應(yīng)多光驅(qū)自動(dòng)刻錄系統(tǒng)連接，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)與備份，具有操作便捷、安全可靠的特征。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);自適應(yīng);刻錄光驅(qū);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);信息分類(lèi);智慧校園

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）04-00-03

0 引 言

隨著軍校的智慧校園[1]信息化建設(shè)，數(shù)據(jù)具有非常重要的地位，由于其數(shù)據(jù)的特殊性，因而對(duì)其存儲(chǔ)流轉(zhuǎn)的安全性較高[2]。光存儲(chǔ)由其高安全性的特點(diǎn)依然是當(dāng)前重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流轉(zhuǎn)的可靠方法之一[3]。光存儲(chǔ)設(shè)備主要有光盤(pán)刻錄機(jī)和光盤(pán)拷貝機(jī)，常用的光盤(pán)刻錄機(jī)只有一個(gè)光驅(qū)，刻錄速度較慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)多張光盤(pán)同時(shí)刻錄;光盤(pán)拷貝機(jī)自帶控制器和多個(gè)光驅(qū)，可以完全脫離計(jì)算機(jī)使用，但其只能實(shí)現(xiàn)對(duì)光盤(pán)的復(fù)制功能[4]。傳統(tǒng)的軍校數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流轉(zhuǎn)使用的光存儲(chǔ)通用設(shè)備不僅需要手動(dòng)操作，且適用于單用戶環(huán)境下使用，不宜在多用戶環(huán)境下自動(dòng)完成光盤(pán)的刻錄和復(fù)制功能。很多自動(dòng)存儲(chǔ)裝置價(jià)格昂貴，且該類(lèi)產(chǎn)品大多功能單一，自動(dòng)化程度低。由此可見(jiàn)，對(duì)多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的存儲(chǔ)和管理是智慧軍校建設(shè)中非常重要的研究領(lǐng)域。

本文設(shè)計(jì)一種面向大數(shù)據(jù)的自適應(yīng)多光驅(qū)刻錄系統(tǒng)，采用軟硬件一體化嵌入式主板開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，兼顧了性能和靈活性的統(tǒng)一，能最大限度地滿足大數(shù)據(jù)光存儲(chǔ)的需求，可以根據(jù)用戶需要自行選擇刻錄設(shè)備的數(shù)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)母盤(pán)中的數(shù)據(jù)同時(shí)復(fù)制多個(gè)數(shù)據(jù)光盤(pán)。該系統(tǒng)提供二次開(kāi)發(fā)接口，支持應(yīng)用擴(kuò)展和產(chǎn)品固件升級(jí)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)硬件框架設(shè)計(jì)

面向大數(shù)據(jù)的自適應(yīng)多光驅(qū)刻錄系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

嵌入式主板：作為該自動(dòng)刻錄裝置的嵌入式主板，主要負(fù)責(zé)接收來(lái)自用戶應(yīng)用系統(tǒng)的待刻錄數(shù)據(jù)，并且向其他模塊發(fā)送工作指令，管理刻錄緩沖池與RAID連接線，檢測(cè)刻錄設(shè)備的工作狀態(tài)，負(fù)責(zé)刻錄或者復(fù)制任務(wù)的指令分發(fā)。

RAID連接線：負(fù)責(zé)系統(tǒng)刻錄設(shè)備與嵌入式主板的連接控制，是刻錄設(shè)備與主板之間數(shù)據(jù)傳送的高速通道。

數(shù)據(jù)緩沖池：用于暫存用戶通過(guò)接口傳送的待刻錄數(shù)據(jù)或者是復(fù)制母盤(pán)的鏡像數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)數(shù)據(jù)緩沖池的容量進(jìn)行數(shù)據(jù)分類(lèi)，并且可以自行設(shè)置數(shù)據(jù)分類(lèi)的容量大小[5]。

刻錄設(shè)備：負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)信息的刻錄或者復(fù)制。

人機(jī)交互終端：負(fù)責(zé)顯示刻錄裝置的操作信息、工作狀態(tài)以及預(yù)警信息。

語(yǔ)音裝置：負(fù)責(zé)播報(bào)語(yǔ)音信息。

預(yù)警信息：采用指示燈以及蜂鳴器提醒刻錄或者復(fù)制狀態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)。

機(jī)箱：負(fù)責(zé)將自適應(yīng)多光驅(qū)刻錄裝置各種部件封裝起來(lái)，避免器件直接暴露在用戶面前，以達(dá)到安全使用的目的。

電源：負(fù)責(zé)給自適應(yīng)多光驅(qū)裝置提供工作電源。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。

首先由管理人員啟動(dòng)后，直接實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被監(jiān)控磁盤(pán)（在調(diào)試系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的是監(jiān)視一個(gè)大容量的數(shù)據(jù)文件夾），當(dāng)新數(shù)據(jù)流入后，根據(jù)其關(guān)鍵屬性分類(lèi)進(jìn)入分類(lèi)緩存區(qū)，當(dāng)分類(lèi)緩存中的某一個(gè)緩存區(qū)滿，達(dá)到刻錄窗口容量時(shí)，緩存指針指向下一個(gè)緩存區(qū)，并生成刻錄指令。同時(shí)檢測(cè)刻錄設(shè)備中的空閑設(shè)備，當(dāng)檢測(cè)到有空閑刻錄設(shè)備后，進(jìn)行光盤(pán)刻錄，刻錄完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，正確提示刻錄完成后，刪除刻錄完成的緩存數(shù)據(jù)，循環(huán)檢測(cè)緩存區(qū)，直到所有緩存區(qū)都沒(méi)有緩存數(shù)據(jù)任務(wù)時(shí)，任務(wù)結(jié)束。復(fù)制功能和刻錄功能類(lèi)似，不同之處是，當(dāng)刻錄機(jī)收到復(fù)制的指令后，檢測(cè)母盤(pán)與其他光盤(pán)是否正常讀寫(xiě)，若未正常讀寫(xiě)提示重新放入光盤(pán)，若母盤(pán)與其他光盤(pán)都可正常讀寫(xiě)，則讀取母盤(pán)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)緩沖池，制作數(shù)據(jù)鏡像并分發(fā)到空閑刻錄光驅(qū)。復(fù)制完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果為正確，則刪除復(fù)制完成的緩存數(shù)據(jù)，任務(wù)結(jié)束。

系統(tǒng)軟件采用基于VS 2010 環(huán)境的C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)編寫(xiě)[6]。服務(wù)器默認(rèn)系統(tǒng)配置：CPU 2.6 GHz，內(nèi)存2.0 GB以上，硬盤(pán)100 GB以上;數(shù)據(jù)庫(kù)：Microsoft SQL Server 2008;操作系統(tǒng)：Windows 7。

1.3 數(shù)據(jù)分類(lèi)緩存模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)分類(lèi)緩存模塊主要功能是將傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)根據(jù)其關(guān)鍵屬性將其分類(lèi)緩存，當(dāng)某一分類(lèi)緩存中的一個(gè)緩存區(qū)達(dá)到刻錄窗口值時(shí)，給顯示模塊發(fā)送刻錄消息。分類(lèi)的方法實(shí)現(xiàn)是根據(jù)對(duì)海量存儲(chǔ)系統(tǒng)中元數(shù)據(jù)管理需求的分析[7]，建立5張二維表：File表、File_Attribute表、Allocation表、Authorization表和Affiliation表。

File表保存文件和目錄的基本信息，ID是文件或目錄的唯一標(biāo)識(shí)，PathName為文件或目錄的訪問(wèn)路徑和文件名，DPID為該文件上層目錄的標(biāo)識(shí)。

Fife_Attribute表保存文件和目錄的屬性，ID是文件或目錄的唯一標(biāo)識(shí)，AttributeType為文件屬性的類(lèi)型，ArtributeValue為文件各屬性所對(duì)應(yīng)的值。此時(shí)文件所有屬性均以字符串的形式保存，使用時(shí)再轉(zhuǎn)換為其對(duì)應(yīng)的類(lèi)型。如ID是l的文件包含Size，Type，Owner和ModifyTime屬性，此時(shí)File_Attribute表中包含（l，Size，int，‘100），

（l，Type，ehar，‘normal），（l，Owner，ehar，‘root）和（l，ModifyTime，time，‘20090626）等元組。

Allocation表保存文件中數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊信息，ID是文件的唯一標(biāo)識(shí)，segmentID為文件中數(shù)據(jù)所在數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)。

Authorization表保存文件和目錄訪問(wèn)授權(quán)的信息，ID是文件或目錄的唯一標(biāo)識(shí)，AC是文件或目錄的訪問(wèn)授權(quán)。

Affiliation表保存文件和目錄與所有上層目錄之間的所屬關(guān)系，ID是文件和目錄的唯一標(biāo)識(shí)，PID為文件或目錄的所有上層目錄標(biāo)識(shí)。

數(shù)據(jù)分類(lèi)緩存模塊的關(guān)鍵函數(shù)主要有：文件分類(lèi)函數(shù)ClassificationFiles（）;文件緩存函數(shù)DataStore（）;獲取文件屬性函數(shù)GetFileAttribute（）。

1.4 顯示模塊及軟件界面設(shè)計(jì)

顯示模塊的主要功能是讀取指令消息，顯示當(dāng)前系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以及對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行中的提示信息給予顯示。讀取的指令消息分為刻錄指令和復(fù)制指令，當(dāng)指令為刻錄指令時(shí)，接收數(shù)據(jù)緩存模塊的消息參數(shù)，將其顯示并傳遞給數(shù)據(jù)刻錄模塊;讀取的指令為復(fù)制指令時(shí)，將指令發(fā)送給復(fù)制模塊，并顯示母盤(pán)和其他光驅(qū)的信息。

顯示模塊的關(guān)鍵函數(shù)主要有：獲取指令函數(shù)GetOrder（）;

獲得錯(cuò)誤信息函數(shù)GetResultInfo（）;顯示信息函數(shù)ShowInfo（）。軟件界面設(shè)計(jì)如圖3所示。

2 系統(tǒng)性能測(cè)試與分析

2.1 自動(dòng)刻錄測(cè)試

檢測(cè)緩沖池分類(lèi)數(shù)據(jù)容量大小達(dá)到刻錄窗口容量，生成刻錄指令，刻錄，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

刻錄完成后，進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯(cuò)誤，提示重新放入光盤(pán)。數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯(cuò)誤如圖5所示。

2.2 復(fù)制測(cè)試

檢測(cè)母盤(pán)與其他光盤(pán)正常讀寫(xiě)，讀取母盤(pán)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)緩沖池，制作數(shù)據(jù)鏡像，并分發(fā)至空閑刻錄光驅(qū)，同步刻錄，刻錄成功結(jié)果如圖6所示。

復(fù)制完成進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯(cuò)誤，提示重新放入盤(pán)。數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯(cuò)誤如圖7所示。

2.3 測(cè)試結(jié)果分析

本系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)了面向大數(shù)據(jù)的自適應(yīng)多光驅(qū)刻錄系統(tǒng)?？啼浹b置一旦接收到嵌入式主板的刻錄指令，就開(kāi)始檢測(cè)數(shù)據(jù)緩沖池，并通過(guò)RAID連接線實(shí)時(shí)查詢(xún)是否有空閑刻錄設(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行刻錄;并將刻錄完成指令轉(zhuǎn)換后傳送至顯示裝置、語(yǔ)音裝置和預(yù)警裝置，提示用戶。當(dāng)刻錄裝置接收到復(fù)制指令后，嵌入式主板先檢測(cè)刻錄母盤(pán)和空光盤(pán)是否讀寫(xiě)正常，然后從刻錄機(jī)中讀取母盤(pán)數(shù)據(jù)，鏡像到刻錄裝置的硬盤(pán)中，再將鏡像分多路發(fā)送到裝有空光盤(pán)的刻錄機(jī)設(shè)備，管理所有的刻錄設(shè)備同步進(jìn)行鏡像刻錄，刻錄進(jìn)度可以在觸摸屏顯示器上直觀地顯示出來(lái)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文所提系統(tǒng)由于采用軟硬件一體化嵌入式主板開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，兼顧了性能和靈活性的統(tǒng)一，能最大限度地滿足大數(shù)據(jù)光存儲(chǔ)的需求。該系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需要自行選擇刻錄設(shè)備的數(shù)量;可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)母盤(pán)中的數(shù)據(jù)同時(shí)復(fù)制多個(gè)數(shù)據(jù)光盤(pán);還可以提供二次開(kāi)發(fā)接口，支持應(yīng)用擴(kuò)展和產(chǎn)品固件升級(jí)。

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